Способ автоматического управления процессом кристаллизации сахара

(23) Приоритет -Опубликовано 1509.82. Бюллетень йо 34Дата опубликования описания 150982 Я 1) М ф(п 3 С 13 Р 1/04 Государственнцй комитет СССР но делам изобретений н открцтнй(71) Заявитель Всесоюзный ордена Трудового Красного аучно-исследовательский институт сахарн(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМКРИСТАЛЛИЗАЦИИ САХАРА Изобретение относится к сахарной промышленности, в частности к автоматическому управлению технологическими процессами в вакуум-аппаратах пери одического действия.Известен способ управления процессом кристаллизации сахара, заключающийся в том, что скважность импульсов подкачек раствора определяют в зависимости от заданных граничных. значений абсолютного давления в аппарате, расхода конденсата и физико-химической температурной депрессии: раствора, при этом последнюю корректируют в зависимости от фактичеЬкого значения абсолютного давления в аппарате, а заданные граничные значения абсолютного давления в аппарате определяют в зависимости. от добро- . качественности исходного раствора и уровня утфеля в аппарате, заданные граничные значения расхода конденсата определяют в зависимости от уровня утфеля в аппарате, доброкачественности раствора и давления греющего пара 1 ).Недостатком этого способа является то, что по этому способу не предусматривается определение программных значений пересыщения раствора. Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяспособ автоматиЧеского управления процессом кристаллизации сахара, предусматривающий измерение уровняутфеля, давления греющего пара иабсолютного давления вторичного пара, регулирование подачи сиропа(патоки) в зависимости от соотношениярасходов сиропа (патоки) и конденсата с коррекцией по величине отклонения Физико-химической температурной депрессии раствора от заданногозначения с учетом доброкачественности сиропа (патоки) и определениескорости изменения давления греющего пара и давления вторичного пара,при этом подачу сиропа (патоки) дополнительно корректируют в эависи О мости от разности скорости изменения давления греющего пара и давления вторичного пара, а также в зависимости от постоянных времени икоэффициента статического усиления,определяемых в зависимости от физи- .ко-химической температурной депрессии и уровня утфеля 2).Однако недостаточная точность регулирования пересыщения раствора иэ О эа низкой точности формированияФ9585 раствора на последней, ступени кристаллизации, а на стадии роста кристаллов устанавлйвают в зависимости отдоброкачественности кристаллиэуемогораствора значение приращения коэффициента пересыщения при готовностиутфеля к значению пересыщения послепервой подкачки раствора, при этом 55 текущее значение коэффициента пересы щения при эаводке кристаллов корректируют по отношению значения доброкачественности раствора на последней ступени кристаллизации к,текуще-Му значению доброкачественности программных (заданных) значений Физико.-химической депрессии раствора, а также недостаточная точность коррекции подачи сиропа в связи с тем, что в определении постоянной времени и статического коэффициен та усиления не учитывается плотность подкачиваемого раствора, приводят к тому, что одному и тому же значе- . нию корректирующего сигнала не соответствует одно и то же количество 10 воды, вводимой в аппарат, а значит не учитывается влияние изменения плотности раствора на значения коэф-. фициента усиления и постоянной вре- . мени. 15Цель изобретения - повышение точности программного регулирования пересыщения раствора при нестабильных значениях доброкачественности и плотности кристаллизуемого раствора, давления греющего пара и абсолютного давления в аппарате, за счет чего улучшается качество получаемогосахара.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления процессом кристаллизации сахара, предусматривающему регулирование уровня начального набора аппарата, ввод затравки в аппарат при контроле пересыщения по, 30 значению Физико-химической температурной депрессии раствора, регулирование подачи раствора в зависимости от соотношения расходов раствора и конденсата греющего пара с коррекци ей по величине отклонения фактического значения депрессии раствора от заданного значения с учетом доброкачественности раствора, коррекцию подачи раствора в зависимости от раз ности скорости изменения давления греющего пара и абсолютного давления вторичного пара и коррекцию подачи раствора в зависимости от постоянной времени и коэФФициента статичес.кого усиления, определяемых в зависимости от физико-химической температурной депрессии и уровня утфеля, задают значения коэффициентов пересыщения раствора при заводке кристаллов и после первой подкачки раствора в зависимости от доброкачественности 04 4кристаллиэуемого раствора и после первой подкачки раствора корректируют по текущему значению доброкачественности кристаллизуемого раствора, а текущее значение приращения коэффициента пересыщения определяют по формуле,,хоР ггде Ьс в , текущее значение приращения коэффициента пересыщения на стадии ростакристаллов;Ьо - значение приращения коэффициента пересыщения приготовности утфеля;- текущее значение уровняутфеля, В;И - значение уровня утфеляпри эаводке крйсталлов, %;аД - расчетное значение доброкачественности межкристального раствора, Ъ,причем программные значения физико,химической депрессии раствора призаводке кристаллов после первой подкачки и на стадии роста кристаллов,определяют в зависимости от программных значений коэффициента пересыщения с коррекцией по значениюдоброкачественности раствора и температуре кипения растворителя приданном абсолютном давлении в аппарате на этих стадиях, а значениестатического коэффициента усиленияопределяют в зависимости от плотности подкачиваемого раствора.Кроме того, расчетное значениедоброкачественности определяют поформулеЮр.=Жир "(И-и)(1 "-н)где Дб- доброкачественность крисМталлизуемого раствора,Ъ;Э, - заданное значение эффектамекскристаллизации, Ъ;Ь - значение уровня утфеляпри заполнении аппарата, Ъ;Величину приращения. коэффициента пересыщения при готовности утфеля устанавливают равной 0,1 при доброкачественности кристаллизуемого раствора 90,0 - 96,0 ед, равной 0,15 - прн доброкачественности 82,0 - 90,0 ед, равной 0,2 - при доброкачественности 72,0-82,0 ед.Заданное значение эффекта кристаллизации определяют на основании экспериментально установленной зависимостиЭ =7+0,63(Дб- Дб ),где Дб - доброкачественность базового раствора, принятаяравной,96,0 ед.Значение коэффициента пересыщенияпри заводке кристаллов для растворас доброкачественностью 76 г 0 ед,кристаллизуемого на последней ступени кристаллизации, устанавливают,например, равным 1,4,.исходя изтеоретических и экспериментальныхданных,На чертеже приведена схема осуществления предлагаемого способа.Схема включает вакуум-аппарат 1,оснащенный датчиками 2-8 соответственно абсолютного давления в аппарате,температуры раствора, уровня утфеля,плотности сиропа, расхода раствора,расхода конденсата греющего пара идавления греющего пара, функциональным преобразователем 9, блоками 1013 вычисления фактического значенияфизико-химической температурной депрессии раствора, дифференцированиясигнала абсолютного давления, дифференцирования сигнала давления греющего пара и определения разностисигналов предварения, функциональными преобразователями 14-16 зависимости постоянной времени от температурной депрессии раствора, зависимостикоэффициента усиления регулятора отуровня утфеля в аппарате и зависимости коэффициента усиления регулятора от плотности подкачиваемогораствора, сумматорами 17-19, электропневмопреобразователем 2 О, задатчиком 21 уровня начального набора аппарата, регулятором 22 уровйяначального набора аппарата, реле 23 переключений, регулятором 24 соотношенияа коррекцией, блоком 25 формироваЬия отклоненйя депрессии раствораот заданного значения, задатчиком26 значения доброкачественности исходного раствора, функциональньвяпреобразователями 27-29 значенийкоэффициента пересыщения при заводкекристаллов, значения коэффициентапересыщения после первой подкачкии значений заданного эффекта кристаллизации, блоком 30 умножения накоэффициент, сумматором 31, блоком32 умножения, блоком 33 вычислениядоброкачественности межкристальногораствора, функциональным преобразо-.вателем 34 формирования значенийприращения коэффициента пересыщенияна стадии роста кристаллов, функциональными блоками 35 и 38 деления иизменения прирацения коэффициентапересьщення раствора на стадии роста кристаллов, блоком 37 вычислениязначения пересыщения раствора на стадии роста кристаллов, реле .38-40 переключений, функциональными блоками41-44 Формирования коэффициентов,функциональными блоками 45-46 умнбжения и деления, сумматорами 47-49, .функционАльным блоком 50 вьиисления программных значений депрессии 30 зк м,-гК = О,Дб Лбргде юС" - значение коэффициента пересыщения при заводкекристаллов;До - значение доброкачественности раствора, кристаллизуемого на последней ступени кристаллизации, Ф;значение коэффициента пере 406 сыщения при заводке кристаллов на последней ступени кристаллизации, прини:маемое равным, например 1,5,Таким образом на выходе преобра зователя 27 формируют сигнал, пропорциональный коэффициенту пересыщения раствора при заводке кристал.лов, кристаллизуемого на последнейступени кристаллизации (базового р раствора), и отношению значениядоброкачественности этого растворак доброкачественности кристаллизуемого раствора.П р и м е р 1, При Дбгр=92,0или в относительных единицах Дб; =0,924г = 1,50,76 Ог 92 ф 1,24 устанавливают значение коэффициенф та пересыщения после первой подкачкидля раствора, кристаллизуемого на последней ступени кристаллизации, и.корректируют это значение в зависимости от доброкачественности.кристал лизуемого раствора, Для этого исполь раствора, соответствующих программнымзначениям коэффициента пересыщения,позиционными регуляторами 51-52,мембранными сигнализаторами 53-54,,реле 55-56, электропневматическими5 преобразователями 57-59, реле 60времени, регулирующими клапанами 6162 подкачки раствора в аппарат с мембранным исполнительным механизмом.и ввода затравки в аппарат, пози 10 ционным регулятором 63, сигнализатором 64, сигнальными лампами 6567, расходомером 68 конденсата.Подготовленный к работе аппарат 1заполняется раствором до уровня, за 5 данного задатчиком 21 и регулируемого с помощью регулятора 22, выходкоторогсг через реле 23 переключениясоединен с исполнительным механизмомрегулирующего клапана 61,Программные значения коэффициентапересыщения формируются следующимобразом.В заводской лаборатории определя,ют значение доброкачественности исходного раствора и с помощью задатчика 26 форимруют на выходе соответствующий сигнал. С помощью Функционального преобразователя 27 реализу"ют зависимость958504 10циепюа пересщения корректируют по значениям Лог.рокачественности раствора и температуре кипения воды в соответствии с известными функциональными ,зависимостямис;-Г(р)5 1"(с -иНа-Ьр-с ДА)1 ф е-а) (а-Ьйщ-с ДЕ)где дд",.,д 1, д - программныепгзначения депрессии растворапри заводке 15кристаллов, после первой подкачки, на стадии роста кристаллов; 20о - коэффициент, зависящий от значения доброкачественностираствора и формируемый в блоке 41 на основании данных,(9)10 Для реализации коррекции вход блока 25 соединяют также с выходом блока 50, а выход - со входом блока 24 по каналу коррекции соотношения расхода конденсата и раствора;Датчиком 7, работающим в комплекте со щелевым расходомером 68, измеряют расход конденсата греющего пара. Расход подкачиваемого раствора изме-: ряют с помощью. индукционного расходомера б. Электропневмопреобразователь 20 преобразует электрический сигнал датчика б в стандартный пневматический сигнал. Давление греющего пара измеряют датчиком 8, а скорость изменения давления пара определяют в блоке 12, реализующем дифференци" рование выходного сигнала датчика 8.Значение абсолютного давления измеряют датчиком 2, а скорость изменения давления определяют в блоке 11, реализующем дифференцирование выходного сигнала датчика 2.В блоке 13 определяют разность скорости изменения давления греющего пара и абсолютного давления, т,е. о=0,113, если 90, ОСДб96,0п=0,139, если 86,0 Дб90,0в=0,147, если 82,0 Дб 6 86,0я=0,164, если 78,0 Дб 6 82,0а,Ь,с - коэффициенты, зависящие отдоброкачественности раствораа=0,4205, Ь=0,001914, с=15,72, а=0,3980, Ь=0,001710, с=15,55, 4 О а=0,3750, Ь=0,001510, с=15,30, а=0,3520, Ь=0,001310, с=.15,10,45уровень утфеля измеряют датчиком4; Корректирующий сигнал зависимостикоэффициента усиления объекта отуровйя Формируют с помощью функцио нального блока 15, реализующем функциональную зависимость( Ь),55 установленную по данным эксперимента,Плотность подкачиваемого раствораизмеряют датчиком 5. Корректирующийсигнал зависимости коэффициента усиления объекта от плотности подкачивае.мого раствора формируют с помощьюф функционального блока 16, реализующего функциональную зависимостьк = г ,которую определяют по данным экспе 65 римента.если 90,0 Дб 96,0если 86, 0 Дб 9 О, 0. если 82,0 Дб с 860если 78,0 Дб82,0Значения коэффициентов а, Ь, с определяют в блоках 42, 43, 44 соответственно. В блоке 45 определяютпроизведение коэффициента Ь на значение температуры раствора, в блоке46 - произведение с Дб-, в блоке 47 - разницу (а-Ь Ф), а в блоке 4 Й разницу (а-ь ь)-с Дб-, в блоке 49 разницу сА -и, в блоке 50 в . определяют программные значения физикохимической депрессии раствора,фактическое значение Физико-химической депрессии определяют следующим образом.Измеряют температуру раствора с помощью датчика 3. Температуру кипе ния воды определяют по абсолютному давлению в аппаратах, измеряемому датчиком 2, а с помощью функционального преобразователя 9 формируютсигнал, соответствующий температурекипения воды. Фактическое значениефизико-химической депрессии раствора определяют в блоке 10, реализующем зав 1:симость 1 Ф=1 р - СЬДля этого входы блока 10 соединяют с выходами блоков 3 и 9, а выход - со входом блока 25,.формирующем сигнал отклонения фактического значения депрессии раствора от заданного, т.е.В блоке 17 Формируют суммарныйкорректирующий сигнал изменения коэффициента усиления регулятора в зависимости от уровня утфеля и плотностиподкачиваемого раствора.коррекцию подкачки раствора в зависимостн от разности скоростей изменения давления греюцего пара к абсолютного давления, определяемую вблоке 13, осуществляют изменениемкоэффициента усиления регулятора. 30Для этого в блоке 18 осуществляют.суммирование выходных сигналов блоков 13 и 17. При этом вход блока 18соединяют также с выходом дросселя"диапазон пропорциональности" регулятора 24, а выход блока 18 - со входом элемента сравнения, к котоРомубыл подключен выход дросселя "Диапазон пропорциональности". Такимобразом, коэфФициент усиления регуля Отора 24 Функционально изменяют взависимости от отклонения соотношения расходов конденсата и раствора,уровня утфеля, плотности подкачиваемого раствЬра и разности скоростей 25изменения давления греющего пара иабсолютного давления., В блоке 14 формируют сигнал коррекции подкачки раствора в зависимостиот фактического значения Физикохимической депрессии раствора. Дляэтого выход блока 10 соединен со входом блока 14, а выход его соединенсо входом блока 19, с помощью которого осуществляют коррекцию времениинтегрирования регулятора 24. Для 35этого вход блока 19 соединяют такжес выходом дросселя "время интегриро-вания", а выход - со входами элементов сравнения регулятора 24, с которыми был соединен дроссель "Время интегрированияф, т.е. время интегрирования регулятора 24 изменяется в зависимости от отклонения соотношениярасходов конденсата и раствора и зна-.чения физико-химической депрессиираствора.На выходе регулятора 24 Формируетсяуправляющее воздействие, соответствующее отклонению заданного соотношениярасходов конденсата и раствора, кото- урое корректируют по отклонению физико-химической депрессии раствора отзаданного значения; коэффициент усиления регулятора корректируют в зависимости от уровня утфеля, плотности подкачиваемого раствора и разности скоростей давления греющего параи абсолютного давления, а время интегрирования корректируют в зависимости от значения Физико-химическойдепрессии раствора,При готовности аппарата к включе,нию в работу задатчиком 21 задают зна-чение уровня начального набора аппарата. На выходе регулятора 22. Формируется сигнал управления, проходящий 65 через реле 23 переключения на регулнруюций клапан 61. Так как фактическое значение уровня утфеля меньше заданного, регулятор 22 обеспечиваетоткрытие клапана 61 и аппарат заполняется раствором до заданного значения. Включают подачу греющего пара.По мере испарения воды регулятор 22осуществляет подкачку раствора, поддерживая заданный уровень. Выход.регулятора 24 отключают с помоцью реле 23.По мере сгущения раствора значениедепрессии раствора повышается, причем при достижении Фактического значения депрессии раствора, равногозаданному в блоке 51, входы которогосоединены с выходами блоков 50 и 10,формируется выходной командный сигнал блоку 54, упр вляющему реле 56,которое включает реле 60 времени,а последнее через преобразователь 58осуцествляет открытие клапана 62на заданное время, и навеска затравки вводится в аппарат, На выходе реле 60 времени Формируется командныйсигнал, управляющий через электропневмопреобразователь 59 работойреле 23 переключения, отключающеевыход регулятора 22 уровня и подключаюцее выход регулятора 24 к исполнительному механизму клапана подкачки раствора. Одновременно сигнал значения коэффициента пересыщения приэаводке кристаллов отключается, авыход блока 28, формирующего сигналзначения коэффициента пересыщенияпосле первой подкачки раствора, через.реле 39 и 38 подключается Ма входблока 49. В блоке 50, вход которогосоединен с выходом блока 49, формируютсигнал программного значения физикохимической депрвссии раствора,соответствуюций значению коэффициента пересыщения после первой подкачки раствора.При этом на выходе регулятора24 формируется сигнал, обеспечивающий полное открытие клапана. 61. Пересыщенке раствора в .аппарате резко снижается. Позиционный регулятор52 Формирует командный сигнал сигнализатору 53, включающему реле 55,которое самоблокируясь, включаетэлектропневмопреобразователь 57, апоследний осуществляет формированиекомандного сигнала переключающемуреле 38 и выход блока 37 через реле38 подключается на вход бзйка 49.При этом значение коэффициента пересыцения на стадии роста кристалловвводится в блок 49, а соответствующее ему значение депрессии раствораФормируется в блоке 50. Одновременновыходной командный сигнал блока 5осуцествляет переключение реле 40,отключая выход блока 26 и подключаявыход блока 33, чем обеспечиваетсяформирование программных значений висимоти от доброкачественностидепрессии раствора с учетом расчет- раствора на.последней ступени крисных значений доброкачественности таллизации, а на стадии роста крисмежкристального раствора. Регулятор таллов устанавливают в зависимости24 обеспечивает подкачку раствора в от доборкачественности кристаллизуесоответствиис принятым алгоритмом 5 мого раствора значение приращенияуправления до конца цикла варки ут- коэффициента пересыщения при готовносфеля. При заполнении аппарата пози- ти утфеля к значению пересыщенияционный регулятор 63 формирует команд- после первой подкачки раствора, приный сигнал сигнализатору 64, лампа этом текущее значение коэффициента67 включается, сигнализируя о запол пересыщения при эаводке кристалловнении аппарата утфелем. К этому вре- . корректируют по отношению значениямени устанавливается соответствующее доброкачественности раствора на посготовности утфеля значение депрессии ледней ступени к 1 исталлизации к текураствора. Оператор осуществляет щему значению доброкачественностиспуск утфеля. 15 кристаллиэуемого раствора и послеИспользование предлагаемого спо- ПерВОй Подкачки раствора корректируЮтсоба автоматического управления поз- по текущему значению доброкачественволяет повысить точность программного ,ности кристаллизуемого раствора,а терегулирования пересыщения раствора и кущее значение приращения коэффициентаточность всей системы управления в20 пересыщения определяют по формулеусловиях нестабильных значений доб- :коргурокачественности и плотности кристал-с =.")1 Рлиэуемого раствора, значений давления .где Ьа(, - текущее значение приращегреющего пара и абсолютного давления ния коэффициента пересыв аппарате. Кроме того, повышение щения на стадии ростаточности управления обеспечивает кристаллов;улучшение качества сахара (снижаетсяЬФ, - значение приращения коэф"цветность, улучшается Фракционный фициента нересыщения присостав, уменьшается содержание эолы, готовности утфеля;сНижается влажность), повышается его Ь - текущее значение уровнявыход, производительность аппарата ЗО утфеля, Ъ;и снижается расход энергоресурсов. Ь, в .Значение уровня при завод-Способ эффективно реализуется ке кристаллов, Ъ;при использовании средств вычисли- , ДбР - расчетное значение добротельной техники. Ожидаемый годовой качественности межкрисэкономический эффект составляет 35 тального раствора, Ъ;93222 р. причем программные значения, физикоформула изобретения химической депрессии .раствора при1.Способ автоматического управления заводке кРисталлов после первой подпроцессом кристаллизации сахара, качки и на стадии роста кристалловпредусматривающий регулирование 40 определяют в зависимости от програм.уровня начального набора аппарата,мных значений коэффициента пересыввод затравки в аппарат при контроле ЩениЯ с кОРРекЦией по значению ДобРОпересыщения по значению физико-хими- качественности РаствоРа и темпеРатУческой температурной депрессии раст- ре кипения растворителя при данномвора, регулирование подачи раствора 45 абсолютном давлении в аппарате нав эавибимости от соотношения расходов этих стадиях, а значение статичесраствора и конденсата греющего пара с кого коэФфициента усиления определякоорекцией по величине отклонения , ют в зависимости от плотности подфактического значения депрессии раст качиваемого раствора.вора От заданнОГО значения с учетом 5 Очто расчетное значедоброкачественности раствоРа, коррек"ист льцию Одачи раствора в зависимОсти ОтУ,разности скорости изменения давле ния греющего пара и абсолютного давле- Дбр =дбюр Эф" "н)йи)ния вторичного пара и коррекцию по- у где фР " доброкачественность крисдачи раствора в зависимостиот пос- таллизуемого раствора,В;тоянной времени и коэффициента стати- . Э - заданное значение эффектаческого усиления, определяемых вФкристаллизации раствора,Взависимости от физико-химической Ь - значение уровня утфеля примакстемпературной депрессии и уровня ут-заполнении аппарата, В;феля, о т л и ч а ю щ и й с я тем, Источники информации,что, с цельюповьвдения точности : принятые во внимание при экспертизепрограммного регулирования пересыще-1. Авторское свидетельство СССРния раствора, задают знаЧения коэффи- М 767207, кл. С 13 Г 1/02, 1976.циентов пересыщения при заводке кРис", 2, Авторское свидетельство СССРталлов и после первой подкачки в за З М 706446, кл. С 13 С 1/06, 1978,Составитель Г. Богачредактор М. Келемеш Техред Т.Фанта орректор Г дписно 4/ ктная, 4 нлнал ПП нт", г. ужгород,4/37 Тираж 37 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 113035, Москва, Жого комитета СССРй и открытийРаушская наб., д